一种集热管的制作方法

本实用新型涉及太阳能光热发电设备技术领域，特别是涉及一种集热管。

背景技术：

太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一项重要技术途径，它通过反射镜将光线反射至集热器并加热工质，进而利用热工质驱动发电机发电。在将太阳能转换成热能的过程中，构成集热器的集热管扮演着重要的角色，其集热性能和可靠性直接决定了整个太阳能热发电系统的效率和运维成本。

太阳能光热发电中，反射镜将光线反射至集热管的倍率越高，集热管的壁面温度及金属管体内换热介质的温度就越高，相应地，作用于汽轮机的换热介质温度就越高，则太阳能光热发电中的发电效率就越高。因此为了获得较高的发电效率，反射镜反射至集热管的倍率越高越好。而集热管在使用过程中，由于来自反射装置的光线照射位置不均匀导致金属管体外壁的温度不均匀，反射镜的倍率越高时，金属管体的温度较高的一侧与温度较低的一侧的温差就会越大。对于金属管体，其具有的属性为温度越高的地方，受热膨胀越大。因此当金属管体两不同侧的温差较大时，温度高的部位膨胀较明显，温度低的部位膨胀较弱，则金属管体中膨胀较明显的部位向膨胀较弱的部位产生弯曲，温差越大，金属管体弯曲部分的弯曲率就越大。

同时，反射镜反射至集热管的倍率越高，集热管的壁面温度和金属管体内换热介质的温度差就会增大，而该温差越大，金属管体上的镀膜就越容易老化，进而影响集热管的使用寿命。

因此有必要提供一种在接收高倍率反射镜反射的太阳光时，能够使集热管中金属外壁的温度分布均匀，且能够降低金属管体外壁与金属管体内换热介质温度差的集热管。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种在接收高倍率反射镜反射的太阳光时，能够使集热管中金属外壁的温度分布均匀，且能够降低金属管体外壁与金属管体内换热介质温度差的集热管。

本实用新型提供的集热管，包括玻璃套管和金属管体，金属管体设置在玻璃套管内部，玻璃套管与金属管体之间形成真空隔层；金属管体的内腔中还布置有至少一根内管，在内管与金属管体之间的空腔内填充有导热系数大于金属管体导热系数的导热体；所述内管的内壁上设有多个与内管一体成型的肋片；每个肋片的螺旋轴与内管的中心轴重合。

其中，所述肋片为沿内管径向方向延伸的直肋片，或者所述肋片为沿内管径向方向延伸的螺旋肋片。

优选地，多个肋片的几何尺寸相同，且在内管中心轴延伸的方向上多个肋片的长度均与内管的长度相同。

作为其中一种优选方案，肋片沿内管内径方向延伸的长度与内管内壁半径相同。肋片相互连接到一起，将内管内的空间分隔成几个独立的空间，隔离后的空间数量与肋片数量相同。

作为另一种优选方案，肋片沿内管内径方向延伸的长度L满足0＜L＜r，其中， r为所述内管内壁的半径。肋片沿内管内径方向延伸的长度L小于内管内壁的半径时，各个肋片靠近内管中心轴的边沿互不接触，内管内部是一个整体连通的空间。

进一步优选地，在内管的中心轴位置设有通管，每个肋片靠近内管中心轴侧的边沿与通管的外表面接触。在内管的中心轴位置设有通管，可将内管内的空间分隔成包括肋片与肋片之间形成的独立空间以及通管自身围成的一个独立空间。

更进一步优选地，通管与肋片一体成型。

优选地，所述内管还包括设置于所述内管出口端的渐缩管。渐缩管可以调节内管中换热介质的流速。

更进一步地，所述集热管还包括玻璃套管，所述金属管体设置在玻璃套管内部，所述玻璃套管与所述金属管体之间形成真空隔层。

作为其中一种优选方案，所述内管的数量为一根，布置在所述金属管体内部，所述内管的轴心与所述金属管体的轴心重合。

作为另一优选方案，所述内管的数量大于两根，所述内管呈环状布置在所述金属管体的内部。

由以上技术方案可知，在内管和金属管体之间的空腔填充导热体，能增强金属管体周向的导热能力，减小金属管体周向的温差，降低金属管体的弯曲程度，避免玻璃套管的破损；另外，在内管的内壁上设置一体成型的肋片，能进一步增加内管的换热面积，增大内管的导热系数，增强内管的导热性能，显著地减小金属管体周向的温差，从而降低金属管体的弯曲程度。由于上述集热管的壁面温度和金属管体内换热介质的温度差较小，因此还能够延缓金属管体上的镀膜因温度高而迅速老化，延长集热管的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一种优选实施例示出的集热管的截面图；

图2为根据一种优选实施例示出的内管的结构示意图；

图3为内管采用螺旋片的集热管的截面图；

图4为根据另一优选实施例示出的内管的结构示意图；

图5为根据再一优选实施例示出的内管2的结构示意图；

图6为根据一种优选实施例示出的带有渐缩管的内管的结构示意图；

图7为根据一种优选实施例示出的真空集热管的截面图；

图8为内管个数为1个时集热管的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为根据一优选实施例示出的集热管的截面图，如图1所示，集热管包括金属管体1。金属管体1的内腔中还布置有至少一根内管2，内管2与金属管体1之间的空腔填充有导热系数大于金属管体1导热系数的导热体3。 优选地，内管2可由陶瓷材料制作。

在内管2和金属管体1之间空腔填充导热系数大于金属管体导热系数的导热体3，能增强金属管体1周向的导热能力，将金属管体1温度较高部位的热量迅速传递到温度较低的部位，降低金属管体1周向的温差，减小金属管体1不同部位热胀冷缩的变形差，降低金属管体1的弯曲程度。本申请中的导热体包括但不限于铝、铜、铝合金、铜合金、陶瓷、石墨等。

为使内管2内的换热介质与金属管体1之间的温差较小，要求内管2需具有较好的换热性能。

如图1所示，内管2的内壁上设有多个与内管2一体成型的肋片21，肋片21沿内管内径方向延伸的长度L满足0＜L＜r，其中， r为所述内管内壁的半径，即每个肋片靠近内管中心轴的边沿互不接触，内管内部是一个整体连通的空间。每个肋片21可为平板状。作为另一优选实施方式，本申请中的肋片还可为螺旋片，如图2所示，其中优选地，多个螺旋片的螺旋轴与内管2的中心轴重合。如图3示出的内管采用螺旋片的集热管的截面图。

在内管2的内壁上设置一体成型的肋片21，肋片21能增加内管2与管内换热介质之间的换热面积，增大内管2的导热系数，增强内管2的导热性能，能使内管2内的换热介质迅速将热量带走，进而减小金属管体1周向的温差，进一步降低金属管体1的弯曲程度，避免了玻璃套管4的破损。同时，由于肋片2的阻碍与导向作用，换热工质在管体1内穿过的同时，会绕管体中轴线旋转，产生离心力，紧贴着管体1内壁下滑，进而改善换热工质与换热管的换热效果，提高换热效率，且肋片通过阻碍换热工质的流动，还能有效控制换热工质的流速。

图4为根据另一优选实施例示出的内管的结构示意图。如图4所示，肋片21沿内管2内径方向延伸的长度与内管2内壁半径相同，即肋片21相互连接到一起。将内管2内的空间分隔成几个独立的空间，隔开后的空间数量与肋片21数量相同。该种结构的内管2内，被隔开的空间之间，相互独立，多种类型的换热介质可同时穿行各自的空间通道，不互相干涉，也不混合。

图5为根据再一优选实施例示出的内管的结构示意图。如图5所示，在内管2的中心轴位置设有陶瓷材质的通管22，每个肋片21靠近内管2中心轴侧的边沿与通管22的外表面接触。在内管2的中心轴位置设有通管22，可将内管2内的空间分隔成包括肋片21与肋片21之间形成的独立空间以及通管22自身围成的一个独立空间。通管22内的空间可以走换热介质，使之与通管22外围通道空间内的换热介质进行换热；或者在通管22内设置传感器，监测其周围空间内换热介质的温度。

作为进一步优选的方案，在上述各实施例的内管2的出口端，还设置渐缩管23，用以调节内管中换热介质的流速。图6为根据一种优选实施例示出的带有渐缩管23的内管2的结构示意图。由此可知，本实施例中的换热介质的流速可通过肋片21的数量、螺距、变径、肋片厚度及渐缩管23的管径中的一种或多种因素的改变而实现调节。

在上述各实施例中，作为优选方案，多个肋片22的形状相同且绕内管2的中心轴呈环形阵列布置，以使得内管2的周向换热均匀。同时在内管中心轴延伸的方向上，多个肋片21的长度均与内管2的长度相同。

进一步地，本申请中的集热管还可在外围加设玻璃套管形成真空集热管。图7为根据一优选实施例示出的真空集热管的截面图。如图7所示，真空集热管包括玻璃套管4和金属管体1，金属管体1设置在玻璃套管4的内部，玻璃套管4与金属管体1之间形成真空隔层。

上述实施例中的集热管，其内管的数量可根据光热电站类型不同而进行数值的选择。

当本申请中的集热管应用于槽式光热电站或菲涅尔式光热电站时，内管2的数量优选为一根。如图8所示，内管2布置在金属管体1内部，优选地，内管2的轴心与所金属管体的轴心重合。

当集热管应用于塔式光热电站时，内管2的数量优选为两根以上，均匀布置在金属管体1内。如图1所示。更进一步，内管2的数量为4～15根，图1中所示的实施例为8根。需要说明的是，本申请中对于内管的数量不做具体限定，内管的数量可根据实际生产情况做适应性调整。

应用于塔式光热电站的集热管，其换热介质为固体颗粒时，内管的材质优选为陶瓷材质，所述陶瓷材质包括但不限于氧化铝、氮化硅、碳化硅、氮化铝或氧化锆。内管的材质需用陶瓷材质，是因为陶瓷材料耐高温、高温环境下硬度高，用于制作的内管2更耐磨，寿命更长。

由以上技术方案可知，本申请中的集热管在内管和金属管体之间的空腔内填充导热系数大于金属管体导热系数的导热体，以及采用带有肋片的内管，导热体和带有肋片的内管能够大大增强金属管体周向的导热能力，将金属管体温度较高部位的热量迅速传递到温度较低的部位，降低金属管体周向的温差，减小金属管体不同部位热胀冷缩的变形差，降低金属管体的弯曲程度，避免了玻璃套管的破损。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。